(57)【要約】【課題】ノイズ除去性能を上げつつ、簡素な構成で高精度な変位検出を行うことのできる変位検出素子を提供する。【解決手段】相対位置が変位する一対の構造体３１，３２と、前記一対の構造体３１，３２の一方に並設された二つの電極３３と、前記二つの電極３３と間隙を介して対向するように前記一対の構造体３１，３２の他方に配された一つの電極３４と、前記二つの電極３３と前記一つの電極３４との間の静電容量を当該二つの電極３３に位相または極性の異なる電圧を印加して差動で検出する検出回路部３５と、を備えて変位検出素子を構成する。【選択図】図２
2010190758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対位置が変位する一対の構造体と、
前記一対の構造体の一方に並設された二つの電極と、
前記二つの電極と間隙を介して対向するように前記一対の構造体の他方に配された一つの電極と、
前記二つの電極と前記一つの電極との間の静電容量を当該二つの電極に位相または極性の異なる電圧を印加して差動で検出する検出回路部と
を備える変位検出素子。
【請求項２】
前記二つの電極と前記一つの電極との重畳部分の変位検出方向の大きさｘが、前記二つの電極と前記一つの電極との間隙の大きさｄに所定比を乗じた値よりも小さく設定されている
請求項１記載の変位検出素子。
【請求項３】
前記二つの電極と前記一つの電極との重畳部分の変位検出方向の大きさｘに対して、当該重畳部分の変位検出方向との直交方向の大きさｙが、ｘ≪ｙの関係を有するように設定されている
請求項１または２記載の変位検出素子。
【請求項４】
相対位置が変位する一対の構造体と、
前記一対の構造体の一方に並設された二つの電極と、
前記二つの電極と間隙を介して対向するように前記一対の構造体の他方に配された一つの電極と、
前記二つの電極と前記一つの電極との間の静電容量を当該二つの電極に位相または極性の異なる電圧を印加して差動で検出する検出回路部と
を備える変位検出素子
を含んで構成された微小電気機械装置。
【請求項５】
相対位置が変位する一対の構造体と、
前記一対の構造体の一方に並設された二つの電極と、
前記二つの電極と間隙を介して対向するように前記一対の構造体の他方に配された一つの電極と、
前記二つの電極と前記一つの電極との間の静電容量を当該二つの電極に位相または極性の異なる電圧を印加して差動で検出する検出回路部と
を備える変位検出素子
を含んで構成された微小電気機械装置
を搭載して構成された電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量変化を利用して変位を検出する変位検出素子、微小電気機械装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二つの物体間の相対位置の変位については、静電容量変化を利用して検出することが広く行われている。具体的には、二つの物体のそれぞれに、互いに平行をなし間隙を介して対向する導電性プレート（電極）を配する。これらのプレート間では、介在する誘電体（例えば、空気。）と共に、それぞれが互いに平面的に重なり合う程度に応じて決まる静電容量が発生する。そして、各プレートが配された物体のいずれかが移動すると、重なり合う量が変化し、その結果、静電容量に対応する変化が生じることになる。この静電容量の変化から、物体間の相対変位量が求められるのである。
静電容量変化を利用した変位検出を行うものとしては、いわゆるマイクロマシン（超小型電気的・機械的複合体；Micro Electro-Mechanical Systems、以下「ＭＥＭＳ」という。）構造を応用した物理量センサが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３７４９号公報
【特許文献２】特開２００７−５７４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、静電容量変化を利用して変位を検出する場合には、様々な要因が、ある特定の静電容量変化に影響を及ぼす可能性がある。例えば、ｘ−ｙ平面に対して平行な一対の導電性プレートを備えたｘ−ｙ−ｚ座標系を想定すると、静電容量の変動は、ｘ，ｙ，ｚの各座標軸の全てに沿ったプレート間に発生する相対並進から生じることになる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来構造による変位検出では、ある軸に沿って発生する移動から生じる静電容量の変化と、別の軸に沿って発生する移動による静電容量の変化とを、切り分けることができない。従来構造では、所定の変位検出方向（例えば、ｘ−ｙ平面の面内方向。）について検出を行うように構成されており、別の軸（例えば、ｚ軸方向。）に沿って発生する変位で例えばノイズ成分による変位については想定していないからである。
【０００６】
特に、ＭＥＭＳ構造を応用したものに関しては、検出する容量間ギャップが非常に狭く設定されている。そのため、移動に付随して生じるノイズ成分等によるギャップ変位の他に、製造プロセス上生じるプレートの変形や傾きによって生じるギャップ変位等によっても、エラー成分を含んだ変位検出を行うことになるおそれがある。
また、ＭＥＭＳ構造を応用したものでは、用いられる検出素子によって、所定の位置変化の関数として、大幅に変動する出力が得られるのが望ましい。例えば１ｎｍ単位で位置を測定しなければならない場合も想定されるからである。ところが、上述した従来構造によるものは、簡単に言えば、そうした精密な分解能で位置を測定するのに適した出力を生じるのに十分な感度を備えていない。
【０００７】
そこで、本発明は、ノイズ除去性能を上げつつ、簡素な構成で高精度な変位検出を行うことのできる変位検出素子、微小電気機械装置および電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために案出された変位検出素子で、相対位置が変位する一対の構造体と、前記一対の構造体の一方に並設された二つの電極と、前記二つの電極と間隙を介して対向するように前記一対の構造体の他方に配された一つの電極と、前記二つの電極と前記一つの電極との間の静電容量を当該二つの電極に位相または極性の異なる電圧を印加して差動で検出する検出回路部とを備える。
【０００９】
上記構成の変位検出素子によれば、一対の構造体の間で変位検出方向とは別の方向への相対位置の変動があっても、二つの電極とこれに対向する一つの電極との間のそれぞれにおける静電容量変化を基にすることで、当該別の方向への変位が抽出されることになる。つまり、当該別の方向への変位成分を除去しつつ、変位検出方向への変位を検出し得るようになる。しかも、その場合であっても、検出回路部がそれぞれにおける静電容量変化を差動で検出するので、静電容量変化を検出するための電極対を複数並べた場合に比べると、当該検出を簡素な構成で行えるようになる。さらには、当該電極対を複数並べた場合に比べて、静電容量変化の検出結果のダイナミックレンジを向上させ得るようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、二次元平面上における任意の変位検出方向について、当該変位検出方向とは異なる方向のノイズ成分の除去性能を上げつつ、簡素な構成で高精度な変位検出を行うことができる。したがって、例えば、構造体の移動時のギャップ方向ぶれ、移動方向と電極の傾き、電極板のうねりや反り等、外力、応力、温度等といった外的要因による電極板の変形があっても、これらの影響を受けることなく、変位検出を行うことができる。つまり、変位検出にあたり、容量を形成する電極間のギャップ変動の影響を受け難くなる。このことは、特に容量間ギャップが非常に狭いＭＥＭＳ構造により構成された場合に適用して非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るＭＥＭＳの構成例を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された慣性センサの要部構成例を示す説明図である。
【図３】本発明が適用された慣性センサの相対位置変位後における要部構成例を示す平面図である。
【図４】センサ配置の他の具体例を示す平面図である。
【図５】センサ配置のさらに他の具体例を示す平面図である。
【図６】電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置の概略構成を示す説明図である。
【図７】電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの概略構成を示す説明図である。
【図８】電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
【図９】電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の概略構成を示す説明図である。
【図１０】電子機器の一具体例であるカメラ付き携帯端末装置の概略構成を示す説明図である。
【図１１】電子機器の一具体例であるビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明に係る変位検出素子、微小電気機械装置および電子機器について説明する。ここでは、変位検出素子が、いわゆる慣性センサを構成する場合を例に挙げて、以下の説明を行う。慣性センサは、加速度や角速度等といった物理量を検出するためのセンサである。
【００１３】
［微小電気機械装置の説明］
先ず、本発明に係る微小電気機械装置（ＭＥＭＳ）について説明する。
図１は、本発明に係るＭＥＭＳの構成例を示す説明図である。
【００１４】
図例のように、ここで例に挙げて説明するＭＥＭＳは、第一基板１０と、第二基板２０と、を備えて構成されている。
第一基板１０および第二基板２０は、ガラス基板、シリコン（Ｓｉ）基板またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板のいずれかによって形成することが考えられる。
これら第一基板１０と第二基板２０とは、陽極接合、Ｓｉ接合、金属接合等によって接合されている。または、ガラスフリット、接着剤等によって接着されていてもよい。
【００１５】
第一基板１０は、振動板１１と、支持部１２と、弾性支持体１３と、静電駆動電極１４と、下部電極１５と、を備えて構成されている。
振動板１１は、平面矩形状の平板状に形成されている。ここで、「平板状」とは、平面形状の大きさ（例えば、矩形の構成辺の大きさ。）に対して厚さ方向の大きさが十分に小さい形状をいい、面上が必ずしも平滑である必要はない。
支持部１２は、振動板１１の外周側を囲うように、当該振動板１１の端縁から離間して配されている。ここで、「離間」とは、空間を介しての意である。
弾性支持体１３は、支持部１２に対して振動板１１を面内方向へ変位可能に支持する。ここで、「面内方向」とは、平板状の振動板１１の厚さ方向に対して直角方向の面方向を指す。この面内方向への変位のために、弾性支持体１３は、一端が振動板１１に連結され、他端が支持部１２に連結されるように、配設されている。
静電駆動電極１４は、弾性支持体１３の弾性変形を利用して、振動板１１を面内方向に励振させる。振動板１１の励振は、ローレンツ力、静電力、ピエゾ素子等を利用して行うことが考えられる。すなわち、静電駆動電極１４は、振動板１１を励振させる駆動源となる。
下部電極１５は、例えば導電性プレートからなるもので、振動板１１における第二基板２０の側の面上に配設されている。この下部電極１５は、図示せぬ検出回路部と配線を介して導通している。なお、検出回路部については、詳細を後述する。
【００１６】
一方、第二基板２０には、振動板１１上の下部電極１５と対面する位置に、上部電極２１が配設されている。この上部電極２１も、下部電極１５と同様に、図示せぬ検出回路部と配線を介して導通している。
【００１７】
このような構成のＭＥＭＳにおいて、第一基板１０における振動板１１、下部電極１５、第二基板２０、上部電極２１および検出回路部は、慣性センサの構成要素をなるものである。すなわち、上述した構成のＭＥＭＳは、慣性センサを含んで構成されていることになる。
【００１８】
［変位検出素子の説明］
次に、以上のような構成のＭＥＭＳに含まれる慣性センサについて、さらに詳しく説明する。この慣性センサは、本発明に係る変位検出素子に相当するものである。なお、ここでは、慣性センサに適用する場合を例に挙げるが、これはセンサの種類を限定するものでないことは言うまでもない。
【００１９】
図２は、本発明が適用された慣性センサの要部構成例を示す説明図であり、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は検出回路部の回路構成図を示している。
【００２０】
図例のように、ここで例に挙げて説明する慣性センサは、一対の構造体３１，３２と、キャリア印加電極３３と、容量検出電極３４と、検出回路部３５と、を備えて構成されている。
【００２１】
一対の構造体３１，３２は、平板状に形成された第一構造体３１と第二構造体３２とからなり、これらが互いに対向して配されているとともに、これらの相対位置が変位するように構成されている。具体的には、第一構造体３１は、上述したＭＥＭＳにおける第一基板１０の振動板１１に相当する。また、第二構造体３２は、上述したＭＥＭＳにおける第二基板２０に相当する。そして、振動板１１に相当する第一構造体３１の励振によって、当該第一構造体３１と第二構造体３２とは、それぞれの相対位置関係が面内方向に変位するようになっている。なお、ここでは、第一構造体３１が可動側であり、第二構造体３２が固定側である場合を例に挙げるが、それぞれの相対位置が変位するように構成されていれば、第一構造体３１と第二構造体３２とのどちら可動側であっても構わない。すなわち、第一構造体３１が固定側で第二構造体３２が可動側であってもよいし、第一構造体３１と第二構造体３２との両方が可動側であってもよい。
【００２２】
キャリア印加電極３３は、一対の構造体３１，３２のうちの一方である第二構造体３２の面上に配設された、例えば導電性プレートからなる電極である。具体的には、キャリア印加電極３３は、上述したＭＥＭＳにおける下部電極１５に相当する。
このキャリア印加電極３３は、第一構造体３１と第二構造体３２との相対位置変位方向（具体的には、第一構造体３１の励振方向。）に沿って並設された二つの電極によって構成されている。
【００２３】
容量検出電極３４は、一対の構造体３１，３２のうちの他方である第一構造体３１の面上に配設された、例えば導電性プレートからなる電極である。具体的には、容量検出電極３４は、上述したＭＥＭＳにおける上部電極２１に相当する。
この容量検出電極３４は、キャリア印加電極３３を構成する二つの電極と間隙を介して対向するように配された一つの電極によって構成されている。そして、キャリア印加電極３３と対向して配されることで、平面的にみた場合に、当該キャリア印加電極３３を構成する二つの電極との重畳部分（すなわち、重なり合う部分。）を有するようになっている。
これにより、キャリア印加電極３３を構成する二つの電極と、容量検出電極３４を構成する一つの電極との間には、当該二つの電極のそれぞれに対応して、容量Ｃｐ，Ｃｎが形成されることになる。
【００２４】
検出回路部３５は、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との間における容量Ｃｐ，Ｃｎの差を求めるための回路である。この容量差を求めるために、検出回路部３５は、キャリア印加電極３３を構成する二つの電極のそれぞれに、位相の異なるキャリア電圧を印加する。さらに詳しくは、互いに位相を反転させたキャリア電圧を加える。そして、発生する容量Ｃｐ，Ｃｎを、キャリア電圧に同期したスイッチを帰還部に持ちオペアンプで増幅するという、一般的なチャージポンプ回路の構成を備えている。つまり、検出回路部３５は、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との間の静電容量を、当該キャリア印加電極３３を構成する二つの電極のそれぞれに位相の異なる電圧を印加して差動で検出するように構成されている。
キャリア印加電極３３に印加するキャリア電圧の周波数と波形は、使用するデバイスによって最適化すればよい。例えば、１００ｋＨｚの方形波等を用いることが考えられる。
このような周波数と波形のキャリア電圧について、位相の異なるものをキャリア印加電極３３における二つの電極のそれぞれに印加するのは、容量検出電極３４が一つの電極によって構成されていても、容量Ｃｐ，Ｃｎの差を求めることを可能にするためである。
したがって、容量Ｃｐ，Ｃｎの差を求めることが可能であれば、印加するキャリア電圧は、必ずしも位相の異なるものである必要はない。例えば、一方に＋極性のキャリア電圧を印加し、他方に−極性のキャリア電圧を印加するといったように、極性の異なる電圧を印加して、容量Ｃｐ，Ｃｎの差を差動で検出することも考えられる。
なお、検出回路部３５は、キャリア印加電極３３および容量検出電極３４と配線を介して導通するように配されていれば、その配設箇所が特に限定されることはない。
【００２５】
以上のように構成された慣性センサでは、第一構造体３１の励振によって当該第一構造体３１が第二構造体３２と平行な方向に移動し、これにより当該第一構造体３１と当該第二構造体３２との間の相対位置が面内方向に変位する。以下、この相対位置の変位方向を「変位検出方向」という。
【００２６】
図３は、本発明が適用された慣性センサの相対位置変位後における要部構成例を示す平面図である。
【００２７】
図例のように、第一構造体３１と第二構造体３２との相対位置が変位すると、容量Ｃｐ，Ｃｎの差ΔＣは、以下の（１）式によって表される。
【００２８】
【数１】
2010190758.tif 000003
【００２９】
この（１）式において、εは、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との間に介在する誘電体（例えば、空気）の誘電率である。ΔＳｐ，ΔＳｎは、容量Ｃｐ，Ｃｎのそれぞれに対応するキャリア印加電極３３と容量検出電極３４との重畳部分の面積の変化量である。ｄは、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との間の大きさ（すなわち、ギャップ距離。）である。Δｘは、第一構造体３１と第二構造体３２との変位検出方向における相対位置の変化量である。ｙは、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との重畳部分の変位検出方向と直交する方向の大きさである。
【００３０】
このような（１）式を基にすることで、検出回路部３５からは、第一構造体３１と第二構造体３２との相対位置変位に応じた容量変化の計測結果ΔＣが出力されることになる。つまり、検出回路部３５が容量Ｃｐ，Ｃｎの差ΔＣを差動で検出することで、相対位置の変化量Δｘに比例した容量変化を計測できるのである。
【００３１】
したがって、上述した構成の慣性センサによれば、一対の構造体３１，３２の間で変位検出方向とは別の方向への相対位置の変動があっても、容量Ｃｐ，Ｃｎの差ΔＣを基にすることで、当該別の方向への変位が抽出されることになる。つまり、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との間の静電容量変化の検出結果によって、当該別の方向への変位成分を除去しつつ、変位検出方向への変位を検出し得るようになる。
しかも、その場合であっても、検出回路部３５がそれぞれにおける静電容量変化を差動で検出する。そのため、例えば静電容量変化を検出するための電極対を単純に複数個だけ並べた場合に比べると、当該検出を簡素な構成で行えるようになる。すなわち、電極対を単純に複数個だけ並べると、その個数分だけ検出回路等を重複して備える必要が生じるが、上述した構成の慣性センサによれば、二つの電極からなるキャリア印加電極３３と、一つの電極からなる容量検出電極３４と、静電容量変化を差動で検出する検出回路部３とを備えるだけでよい。さらには、当該電極対を複数並べた場合に比べて、静電容量変化の検出結果のダイナミックレンジを向上させ得るようにもなる。
【００３２】
以上のように、上述した構成の慣性センサでは、二つの電極からなるキャリア印加電極３３と、一つの電極からなる容量検出電極３４との間のそれぞれにおける静電容量変化を、検出回路部３５が差動で検出するようになっている。したがって、二次元平面上における任意の変位検出方向について、当該変位検出方向とは異なる方向のノイズ成分の除去性能を上げつつ、簡素な構成で高精度な変位検出を行うことができる。具体的には、例えば構造体３１，３２の移動時のギャップ方向ぶれ、移動方向と電極３３，３４の傾き、電極３３，３４を構成するプレートのうねりや反り等、外力、応力、温度等といった外的要因によるプレートの変形があっても、これらの影響を受けることなく、変位検出を行うことができる。つまり、変位検出にあたり、容量を形成する電極３３，３４間のギャップ変動の影響を受け難くなる。このことは、特に容量間ギャップが非常に狭いＭＥＭＳ構造により構成された場合に適用して非常に有効である。
【００３３】
以上のような慣性センサを構成する場合には、キャリア印加電極３３と容量検出電極３４との重畳部分の変位検出方向の大きさｘに対して、当該重畳部分の変位検出方向との直交方向の大きさｙが、ｘ≪ｙの関係を有するように設定されていることが望ましい。さらに詳しくは、容量Ｃｐ，Ｃｎを形成する各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向の大きさをｘ＝ｘｐ＋ｘｎ（図３参照）とする。また、各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向と直交する方向の大きさをｙとする。そして、これらｘ，ｙがｘ≪ｙの関係を有するように、各電極３３，３４間の重畳部分を形成する。ここで、ｘ≪ｙとは、ｙがｘに比べて十分に大きい関係のことをいう。
このような関係を有するように設定すれば、各電極３３，３４間の距離変動の影響を受け難い、高性能な慣性センサを構成することが実現可能となる。
【００３４】
また、各電極３３，３４間の重畳部分については、当該重畳部分の変位検出方向の大きさｘが、各電極３３，３４の間隙の大きさ（ギャップ距離）ｄに所定比を乗じた値よりも小さく設定されていることが望ましい。
このことを説明するために、慣性センサをＭＥＭＳアクチュエータの位置検出に使用した例を挙げる。
例えば、図３に示した平面構成において、各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向の大きさをｘ＝ｘｐ＋ｘｎ、当該重畳部分の変位検出方向と直交する方向の大きさをｙとする。第一構造体３１と第二構造体３２との変位検出方向における相対位置の変化量をΔｘとする。各電極３３，３４の間隙の大きさ（ギャップ距離）をｄとし、その変位量をΔｄとする。各電極３３，３４間に介在する誘電体の誘電率をεとする。各電極３３，３４間の容量変化をΔＣとし、一方のキャリア容量変化をΔＣｐ、他方のキャリア容量変化をΔＣｎとする。また、重畳部分の変位検出方向への容量変化をΔＣｘ、各電極３３，３４間のギャップ方向への容量変化をΔＣｄとする。
この場合に、容量変化ΔＣｘ，ΔＣｄは、以下の（２）〜（４）式によって表される。
【００３５】
【数２】
2010190758.tif 000004
【００３６】
また、これら（２）〜（４）式を基に、変位検出方向における容量変化の検出結果についてのＳＮ比は、以下の（５）式によって表される。
【００３７】
【数３】
2010190758.tif 000005
【００３８】
この（５）式において、検出したい変化量Δｘと、そのときの電極間変位量Δｄとが決まっているときに、変位を計測するためには、ＳＮx/d＞１でなければならない。一般的には、他の電気的なノイズもあり、一桁下の精度まで確保するので、その場合は、ＳＮx/d＞１０とする。もちろん、ＳＮx/dが大きければ大きいほど、高精度な位置検出を行える。
この（５）式からは、以下の（６）式が導き出される。
【００３９】
【数４】
2010190758.tif 000006
【００４０】
この（６）式によれば、ＳＮx/dを大きくするためには、各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向の大きさｘを小さくするか、各電極３３，３４間のギャップ距離ｄを大きくすればよいことが分かる。ただし、ギャップ距離ｄを大きくすることは、容量変化（センサ感度）そのものを低下させる方向なので、ＳＮは劣化する。
したがって、慣性センサを構成する場合には、各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向の大きさｘが小さく設定されていることが望ましいのである。つまり、必要なセンサ感度をギャップ距離ｄと重畳部分の変位検出方向と直交する方向の大きさｙで確保しつつ、大きさｘを小さくすることで、極間変動によるノイズの影響を排除することのできる高感度なセンサを実現し得るようになる。
具体的には、大きさｘを、以下に述べるように設定することが考えられる。通常、各電極３３，３４は、互いに平行となるように配置される。そのため、変位検出方向におけるギャップ間の平均勾配Δｄ／Δｘは、プロセスの能力や設計、外部環境等により左右されるが、概略１００程度かそれ以下で形成されることになる。このことから、ギャップ距離ｄと大きさdとの関係を規定する所定比ｄ／ｘは、１００以上、望ましくは、１０００以上に設定するとよい。
【００４１】
以下に具体的な例を挙げる。
一般に、ＭＥＭＳを構成する構造体の変位量は、数μｍ程度である。このような変位を検出するときには、構造体の反りや電極を構成するプレート間の平行度のずれ等により、変位検出方向に対して電極間距離が変化してしまうことが多い。
ここで、例えば、１ｍｍあたり１００ｎｍ程度の電極間距離の一定の勾配があるデバイス構造において、ｘ方向への１μｍの移動量を検出しようとする場合について考える。この場合、ギャップ間の平均勾配Δｄ／Δｘ＝１／１００００となる。
このとき、例えば、ｘ＝４０μｍ、ｙ＝１ｍｍ、ε＝８．８５ｅ-12である各電極３３，３４を、一方の電極３３を構成する二つの電極がｘgap＝20μｍの間隔を空けて並ぶとともに、これらを覆うように他方の電極３４を構成する一つの電極がｄ＝１．０μｍのギャップ距離で配置された慣性センサを構成する。通常、電極周りにはフリンジの領域があり、容量に影響を与えるので、それらを考慮して十分に大きな電極とする。
このような慣性センサを構成すると、ｄ／ｘ＝１／（４０＋２０＋４０）＝１／１００、ＳＮx/d＝ｄ／ｘ＊Δｘ／Δｄ＝１／１００＊１００００＝１００となる。つまり、デバイスの製造時や外部環境、外乱等によるギャップ距離の変動に対して、十分に安定な変位検出センサとなる。
【００４２】
次に、以上のように構成された慣性センサの製造方法について簡単に説明する。
上述した構成の慣性センサは、各電極３３，３４間に容量Ｃｐ，Ｃｎを形成すればよいので、一般的な電極形成手法を用いて製造することが可能である。例えば、ＭＥＭＳ構造に適用する場合であれば、Ｓｉ基板上に酸化膜の絶縁層を形成し、その上に金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等といった金属層を成膜し、電極となる部分とそれを引き出す配線のパターンを形成する。さらに具体的には、Ａｕ／Ｔｉ下地金属を蒸着により成膜→レジスト塗布→パターニング→不要部エッチング→レジスト剥離→Ａｕめっき、といった工程を順に経て形成する。
このように、上述した構成の慣性センサは、公知技術を利用しつつ、その製造を行うことが可能である。
【００４３】
なお、以上の説明では、各電極３３，３４間の重畳部分が長方形状である場合を例に挙げたが、必ずしも長方形状である必要はない。すなわち、各電極３３，３４間の重畳部分の平面形状としては、様々な形状が考えられる。ただし、どのような形状であっても、上下方向に重なる部分のｘ射影とｙ射影と考えれば、上述した長方形状である場合と同様に論じられる。
【００４４】
また、以上の説明では、第一構造体３１の励振方向が変位検出方向であり、その励振方向について慣性センサが変位を検出するように当該慣性センサが配置された場合を例に挙げたが、センサ配置がこれに限定されることはない。すなわち、上述した構成の慣性センサは、簡単な構造で小型なので、デバイス内の任意の場所に配置でき、変位検出方向についても任意の方向とすることができる。
図４は、センサ配置の他の具体例を示す平面図である。
図例では、一方向に沿って移動する構造体４１上に、複数のセンサ部４２，４３，４４が配置されている例を示している。これらの各センサ部４２，４３，４４のうち、センサ部４２は、構造体４１の移動方向に沿った方向の変位を検出するように配置されている。センサ部４３は、構造体４１の移動方向と直交する方向の変位を検出するように配置されている。センサ部４４は、構造体４１の移動方向に対して所定の角度を持った方向への変位を検出するように配置されている。
このように配置された各センサ部４２，４３，４４を組み合わせれば、構造体４１の二次元方向の動きを、ノイズ成分を除去しつつ、簡易な構成で高精度に検出することが実現可能となる。
このことは、上述したセンサ構造は、静電容量変化を利用して変位を検出するものであれば、慣性センサのみならず、様々なセンサに適用可能であることを意味する。
【００４５】
複数のセンサ部を設ける場合には、以下に述べるように構成して、出力や検出容量等を大きくすることも考えられる。
図５は、センサ配置のさらに他の具体例を示す平面図である。
図例のセンサ配置では、キャリア印加電極３３を構成する二つの電極が、いずれも櫛歯状に形成されている。そして、それぞれの櫛歯部分を覆うように、容量検出電極３４を構成する一つの電極が複数個配置されている。このようなセンサ配置によれば、各電極３３，３４間の重畳部分の変位検出方向と直交する方向の大きさｙが、容量検出電極３４の配置個数分だけ乗じられることになる。
したがって、複数個分のセンサ部が連結されることになり、単一配置の場合に比べて、出力や検出容量等を大きくすることが可能となる。つまり、このような構成の場合、変位検出方向におけるセンサ全体の大きさは単一配置の場合に比べて増大する。ところが、電極間変位は、いつも一定の勾配ではない。また、変移検出にあたっては、形成する容量ペアのＳＮが十分採れていればよい。これらのことを考慮すると、センサ全体の大きさが増大しても、出力や検出容量等を大きくすることで、十分なＳＮを確保するセンサを構成できるので、センサ部を配置するデバイス形状によってはこのようなセンサ配置が有効な場合もある。
【００４６】
［慣性センサを備える電子機器の説明］
次に、慣性センサを備えて構成された電子機器について、具体例を挙げて説明する。
【００４７】
図６は、電子機器の一具体例であるハードディスク駆動（Hard disk drive、以下「ＨＤＤ」と略す。）の概略構成を示す説明図である。
図例のＨＤＤ装置１１０は、ベース部材１１１と、これを覆うカバー１１２と、を有している。そして、ベース部材１１１のベース基板１１３上には、磁気ディスク１１４、その駆動モータ１１５、支軸１１６を中心に回動するアクチュエータアーム１１７、その先端部にヘッドサスペンション１１８を介して形成された磁気ヘッド１１９等が設けられている。さらに、ベース基板１１３上には、慣性センサ１００が設置されている。なお、慣性センサ１００は、ベース部材１１１、カバー１１２等に設置することも可能であり、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
【００４８】
図７は、電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの概略構成を示す説明図である。
図例では、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示しており、（ａ）には表示部を開いた状態を示し、（ｂ）には表示部を閉じた状態を示している。
図例のノート型パーソナルコンピュータ１３０は、本体１３１内に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１３２、画像を表示する表示部１３３、ＨＤＤ装置１３４等を含んで構成されている。これらのうち、ＨＤＤ装置１３４は、上述した慣性センサ１００が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ１００は、ノート型パーソナルコンピュータ１３０の基板（図示せず）や本体１３１や表示部１３３を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよく、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
【００４９】
図８は、電子機器の一具体例であるＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
図例のビデオカメラ装置１７０は、本体１７１に、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１７２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１７３、表示部１７４、ファインダー１７５、撮影した画像を記録するＨＤＤ装置１７６等を含んで構成されている。これらのうち、ＨＤＤ装置１７６は、上述した慣性センサ１００が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ１００は、ビデオカメラ装置１７０の基板（図示せず）や本体１７１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよく、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
【００５０】
図９は、電子機器の一具体例であるゲーム機の概略構成を示す説明図である。
図例のゲーム機１５０は、本体１５１に、画面等を操作する第１操作ボタン群１５２、第２操作ボタン群１５３、画像を表示する表示部１５４、ＨＤＤ装置１５５等を含んで構成されている。これらのうち、ＨＤＤ装置１５５は、上述した慣性センサ１００が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ１００は、ゲーム機１５０の基板（図示せず）や本体１５１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよく、入力インターフェースや落下検出手段や衝撃検知や動作検知等に用いられる。
【００５１】
図１０は、電子機器の一具体例である携帯端末装置の概略構成を示す説明図である。
図例では、携帯端末装置の一例として携帯電話機を示しており、（ａ）は開いた状態での正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は閉じた状態での正面図、（ｄ）は左側面図、（ｅ）は右側面図、（ｆ）は上面図、（ｇ）は下面図である。
図例の携帯電話機１９０は、上側筐体１９１、下側筐体１９２、連結部（ここではヒンジ部）１９３、ディスプレイ１９４、サブディスプレイ１９５、ピクチャーライト１９６、カメラ１９７、加速度センサ１９８等を含んで構成されている。これらのうち、加速度センサ１９８は、上述した慣性センサ１００を用いることにより作製される。また、加速度センサ１９８は、携帯電話機１９０の上側筐体１９１の内部側の他の位置、下側筐体１９２の内部側の空いている領域に取付けてもよく、入力インターフェースや動作検知等に用いられる。
【００５２】
図１１は、電子機器の一具体例であるビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
図例のビデオカメラ装置５１０は、本体５１０と、その前に被写体撮影用のレンズ５１２を備える。また本体５１１の前方（レンズ側）側面に撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４と備え、本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。また本体５１１の内部に、撮影したか画像を記録する記録装置（図示せず）、固体撮像装置等の撮像素子５１６等を有する。撮像素子５１６が搭載される基板５１７に慣性センサ１００が取り付けられており、手振れ補正等に用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…第一基板、１１…振動板、１２…支持部、１３…弾性支持体、１４…静電駆動電極、１５…下部電極、２０…第二基板、２１…上部電極、３１…第一構造体、３２…第二構造体、３３…キャリア印加電極、３４…容量検出電極、３５…検出回路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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